Cat Whisker Sensory Extension Wearable (2.0) - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:16

Dit project is een voortzetting en heruitvinding van de "Whisker Sensory Extension Wearable" van mijn voormalige collega (metaterra).

Het doel van dit project was om zich te concentreren op het creëren van nieuwe, computationeel verrijkte "sensorische extensies" die augmented-sensing van de natuurlijke wereld mogelijk maken. Mijn grootste inspanning met dit project was gewijd aan de fabricage en implementatie van sensorische augmentaties die een zintuig via sensoren zullen uitbreiden en reageren met een tactiele output voor de gebruiker. De bedoeling is om iedereen in staat te stellen zijn eigen zintuiglijke uitbreidingen te fabriceren, en zo intrinsiek menselijke/dierlijke zintuigen in kaart te brengen op hardware. Onze zintuigen effectief uitbreiden op nieuwe en opwindende manieren die zullen leiden tot een beter begrip van hoe onze hersenen zich kunnen aanpassen aan nieuwe externe zintuigen.

Dit materiaal is gebaseerd op werk dat wordt ondersteund door de National Science Foundation onder Grant No. 1736051.

Het project is ontwikkeld in het Lab for Playful Computation and Craft Tech Lab aan de University of Colorado Boulder.

Als je vragen hebt, op de hoogte wilt blijven van mijn werk of gewoon wat ideeën wilt uitwisselen, doe dat dan op mijn Twitter: @4Eyes6Senses.

Met dit project wilde ik de vorige sensorische extensie van de snorharen draagbaar maken en deze lichter, kosteneffectiever en gemakkelijker te maken maken. Hier is een overzicht van de verschillende componenten en hun functies:

- Twee sets op maat gemaakte flexsensor-whiskerapparaten (totaal 4, 2 per zijde) ontvangen voelbare informatie (buigen, buigen, enz.) van objecten in de directe omgeving van de gebruiker. De initiële spanning/weerstandsinformatie die door elke sensor wordt ontvangen, wordt vervolgens omgezet in buighoekinformatie (bijvoorbeeld een buighoek van 10 graden). Deze buighoekinformatie wordt vervolgens omgezet in proportionele pulsbreedtemodulatie-output en verzonden naar corresponderende vibratiemotoren op het voorhoofd van de gebruiker.

- Elke whisker-flexsensor is bevestigd aan een 1 ProtoBoard en verbonden met een Arduino UNO die het omzetten/converteren doet.

- Vier vibratiemotoren leveren tactiele prikkels aan het voorhoofd van de gebruiker. Elke gebruikte motor correleert met één snorhaar, de intensiteit van de vibratiemotor is gebaseerd op een drempel die wordt ingesteld op basis van de snorhaarsensor.

Benodigdheden

14" lang, 0,08" breed, 0,03" dikke polystyreenstrip

4 unidirectionele buig-/flexsensorSugru

JST-stekkers

Trillingsmotoren

Harde hoofdbanden

ProtoBoard - Vierkant 1"

Een draadset (ik raad siliconenisolatie aan) OPMERKING: u gebruikt ongeveer 2-3 voet draad voor elke verbinding

1/16 dik helder acryl of karton

Krimpkous

Vloeibare Nagels

47k weerstanden

NITECORE of ander type hoofdband

klittenband

Stap 1: Whisker-assemblage

(Disclaimer! Dit is rechtstreeks overgenomen uit de vorige instructable.)

Het kostte me een tijdje om een snorhaarsensorapparaat te ontwikkelen dat flexibel genoeg was om echte snorharen na te bootsen, maar toch stijf genoeg om consequent terug te keren naar een rechte, ongebogen positie. Ik heb uiteindelijk een 4 "unidirectionele buig / flex-sensor van Flexpoint Sensor Systems gebruikt (zie afbeelding 1). Een JST-stekker is aan de poten van de sensor gesoldeerd en vervolgens een 14" lange, 0,08" brede, 0,03" dikke polystyreenstrip (Ik kocht de mijne bij een plaatselijke ijzerhandel) is siliconenlijm op de sensor geplakt, er wordt krimpkous aangebracht en een beschermende coating van Sugru is rond de hele basis van de snorhaareenheid gegoten. Hier zijn de gedetailleerde instructies:

- Neem het stekkeruiteinde van de 3-pins JST-connector en verwijder de middelste draad (zie afbeeldingen 2-4)

- Knip de stekkerdraden af zodat u ~1,5 cm draad overhoudt, strip en soldeer deze draden vervolgens aan de sensorpinnen (houd hierbij rekening met de oriëntatie van de stekker/sensor). Ik heb krimpkous gebruikt om isolatie te bieden (zie afbeeldingen 5, 6)

- Monteer de polystyreenstrip op de sensor met een soort flexibele lijm (ik gebruikte Liquid Nails siliconenlijm). Zorg ervoor dat de strip goed vastzit aan de sensor (zie afbeeldingen 7, 8)

- Neem je Sugru (ik gebruikte een enkele verpakking van 5 g) en vorm deze rond de basis van de sensor/strip/stekker en zorg ervoor dat al deze componenten worden omhuld. Zorg er ook voor dat u de Sugru hoog genoeg aanbrengt om de strip volledig vast te zetten, maar niet te hoog om het bewegings-/buigingsgemak van de sensor te beperken. Neem je tijd. Je hebt minstens 30-45 minuten totdat de Sugru begint uit te harden. Voordat u laat drogen, moet u ervoor zorgen dat uw stekker goed in de aansluitingszijde van de JST-connector past (zie afbeeldingen 9-13)

- Ten slotte heb ik labels op het snorhaarapparaat geplakt. Zijkant (L/R) en nummerpositie (1-4) werden gebruikt (zie afbeeldingen 14, 15)

- Maak er nog 3 (of hoeveel snorharen je maar wilt). Zorg ervoor dat u elke snor op dezelfde manier maakt. Dit zal later helpen bij het kalibreren van de sensor.

Stap 2: Whiskermontage:

Nu de snorhaarflexsensoren klaar zijn, kunnen we ze nu op het bakstuk monteren (figuur 1). Metaterra ontwierp een gebogen arm met een schijf voor montage, hij deed dit met Adobe Illustrator en gebruikte 1/16 dik helder acryl als materiaal. OPMERKING: als een lasersnijder niet direct beschikbaar is, kunt u proberen de steunen uit karton of ander gemakkelijk te snijden materiaal, print gewoon de PDF en snijd rond de overtrek terwijl deze op karton wordt gelegd. Na het lasersnijden boor je vier gaten in het acryl en weef je de JST-pluggen door de gaten (afbeelding 1, 3 en 4), sluit vervolgens de snorharen in het schijfgedeelte van de berg met behulp van Sugru. Hier zijn de gedetailleerde instructies:

- Open het vectorbestand met de snorhaararm (PDF). Het materiaal dat voor deze instructable wordt gebruikt, is 1/16 helder acryl en gesneden met een lasersnijder.

- Boor vier gaten in de wangbevestiging. Voel je vrij om te spelen met de grootte van het gat en de afstand om de snorharen zo dichtbij of ver weg te maken als je wilt.

- Weef de 2-pins JST-stekker door de gaten. zorg ervoor dat de zijkanten met de opening van elkaar af wijzen.

- Zorg ervoor dat de poorten van uw snorharen zich bevinden waar u ze wilt hebben. Gebruik Sugru en vorm de JST-pluggen op hun plaats op het schijfgedeelte van het stuk (dit kostte me ongeveer vier Sugru-pakketten). Met Sugru heb je ongeveer 30 minuten schimmeltijd, dus neem de tijd en zorg ervoor dat de snorharen elkaar niet overlappen wanneer ze zijn aangesloten, en dat de JST-pluggen zijn georiënteerd waar je ze wilt hebben. Als je tevreden bent met de plaatsing, laat je de Sugru een dag drogen.

- Referentie figuur 9 en 10 voor deze stap, merk ook op dat op mijn ontwerp: wit = 3.3V, zwart = GND, en rood is de analoge pin. Soldeer de twee uiteinden van de JST-stekker aan één kant van het 1' ProtoBoard en herhaal met de andere snorhaar. Maak een spanningsdeler met behulp van mijn ontwerp of wijzig de lay-out (je kunt ook de flexsensor-aansluitgids van SparkFun bekijken).

- Om de bakstukken op de hoofdband te bevestigen, worden twee schroeven/bouten gebruikt om de arm aan de hoofdband te bevestigen (afbeelding 11).

Stap 3: Trillingsmotorintegratie, hoofdband en batterijconfiguratie

Het aansluiten van de vibratiemotoren is vrij eenvoudig, de rode kabel zal worden aangesloten op een digitale PWM-pin op de Arduino en de blauwe zal verbinding maken met GND. De vibratiemotoren zijn bevestigd aan een NITECORE-hoofdband met klittenband, de plaatsing is gebaseerd op de snorharen waaraan deze is vastgemaakt, de buitenste vibratiemotoren zijn vastgemaakt aan de voorste snorharen en de binnenste vibratiemotoren zijn vastgemaakt aan de achterste snorharen (Figuur 6).

- Soldeerdraad aan de uiteinden van elke vibratiemotor, breng krimpkous aan op elke verbinding en breng vervolgens krimpkous aan op het snoer van de vibratiemotor en de nieuw gekrompen kabels (Figuur 2), herhaal dit 3 keer. Bevestig een velcro-schijf (haakzijde) aan de achterkant van de motor. Herhaal 3 keer.

- Knip een strook klittenband af zodat de verzameling motordraden aan elkaar kan worden gebonden en met klittenband aan de voorkant van de NITECORE-hoofdband kan worden vastgemaakt (zie afbeelding 5). Plak (ik gebruikte superlijm) de strip aan de binnenkant van de hoofdband en klittenband de motoren op de strip in dezelfde richting als waarin je de snorhaarpoorten op de wangplaat hebt geplaatst (Figuur 7)

- Gebruik een clip of kabelbinder om de snoeren van de vibratiemotor aan te sluiten, dit zal helpen voorkomen dat de vibratiemotoren worden getrokken/gebroken (Figuur 7).

Stap 4: Microprocessor en alles aansluiten op een Arduino

Alle vibratiemotoren en snorharen worden aangesloten op een Arduino UNO. U hebt een extra prototyping-bord nodig waarmee u 9 GND-kabels en 4 3.3V-kabels kunt solderen. Je hebt waarschijnlijk ook een dupoint-connectorkit nodig om pinnen en behuizing toe te voegen aan de kabels die rechtstreeks op de Arduino moeten worden aangesloten. De pindraden van de vibratiemotor (rode kabel) worden aangesloten op de digitale pinnen van Arduino: 3, 9, 10, 11 (deze pinnen zijn gekozen omdat ze PWM mogelijk maken). De GND-draden van de vibratiemotor (zwart of wit) worden op het prototypebord gesoldeerd. De snorhaarpinnen (rode kabel) worden verbonden met de Arduino analoge pinnen: A0, A1, A2, A3. De whisker VCC-kabels (witte kabel) en massakabels (zwart) worden op het prototypebord gesoldeerd.

Stap 5: Implementeer de code

Oké, nu is het tijd om de code te uploaden. Er zijn een paar dingen die je moet aanpassen voordat je klaar bent om de wereld te veroveren.

- Gebruik eerst een multimeter om zowel de VCC-uitgangsspanning als de weerstand over de 10k-weerstand te meten. Voer deze waarden in op hun respectieve plaatsen in de code.

- Controleer vervolgens nogmaals of alle andere variabelen zijn ingesteld op de juiste inputs/outputs (bijv. mtr, flexADC, etc…).

- Sluit vervolgens uw Arduino aan en upload de code.

- Als je eenmaal aan de slag bent, zie je in de seriële monitor dat Bend + (snorhaarnummer) wordt afgedrukt. Nu is het tijd om de snorhaar te kalibreren (elke snor is uniek en heeft een iets andere basislijnweerstand). Stel de STRAIGHT_RESISTANCE-variabele in op de basislijnweerstand (d.w.z. de niet-gebogen snorhaarpositie) als wordt afgedrukt. Stel vervolgens de variabele BEND_RESISTANCE in op STRAIGHT_RESISTANCE + 30000.0. In de oorspronkelijke code was deze variabele bedoeld om de weerstand van de flexsensor weer te geven bij een bocht van 90 graden. Omdat onze snorharen niet in de buurt komen van een volledige bocht van 90 graden (tenminste in typische situaties), werkt het toevoegen van 30000.0 ohm aan de basislijnweerstand prima. Voel je vrij om de buigweerstand in te stellen op wat het beste werkt voor jouw toepassing. Als je alles goed hebt ingesteld, dan zie je dat wanneer de snorhaar niet gebogen is, er een buighoek van 0 graden (min of meer) wordt afgedrukt. Vervolgens kunt u de drempelwaarden instellen die de vibratiemotoren activeren op basis van de hoek. Hierna ben je klaar om te gaan!

Stap 6: Klaar

Je hebt nu een snorhaar wearable en bent klaar om de wereld te (voelen) in!

Als je diepgaande vragen hebt, meer wilt weten over menselijke augmentatie, op de hoogte wilt blijven van mijn werk of gewoon wat ideeën wilt uitwisselen, doe dat dan op mijn Twitter:

Bedankt!